CARRERA DE ESPECIALIZACION EN CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA INDUSTRIALBIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL

FCEyNFCEyN--INTIINTI

Materia de Articulación CEBI A4Materia de Articulación CEBI A4

QUÍMICA BIOLÓGICA

Docente a cargo: Dra. Laura Matković

CEBI_A1_1 : Proteínas

QUÍMICA BIOLÓGICA

• La Química Biológica es, literalmente, el estudio de la química de la vida. Profundiza en:

• Cuales son las estructuras químicas y tridimensionales de las moléculas biológicas.

• Cómo interactúan las moléculas biológicas entre si.• Cómo interactúan las moléculas biológicas entre si.• Cómo sintetiza y degrada la célula a las moléculas

biológicas.• Cómo se conserva y utiliza la energía en la célula.• Cuáles son los mecanismos por los cuales se organizan

las moléculas biológicas y coordinan sus actividades.• Cómo se almacena, transmite y expresa la información

genética

“Dogma Central” del flujo de información• El ADN fabrica ARN y este a su vez, fabrica proteínas.

• Enfatiza la unidireccionalidad del flujo, pero limitado ya que falla en especificar para que sirven las proteínas y no menciona que, en la regulación de ese flujo, es necesaria la interacción de proteínas con el ADN.

• El ADN sólo no alcanza.

• Pero es a nivel de las proteínas donde falla la simple lógica, dado que el hilo lineal de información (cadena de aminoácidos) se convierte en una estructura tridimensional, según reglas complejas y aun no entendidas.

• Estas estructuras poseen funciones que no pueden ser predichas por la simple observación de las mismas.

• Es un verdadero desafío el predecir la estructura de una proteína a partir de su secuencia de aminoácidos, pero además es imposible predecir la función de esa proteína en la célula, aun cuando cada átomo en esa estructura hubiese sido ubicado en el mapa con precisión completa.

• Podría sugerirse la función, basado en analogías con otras • Podría sugerirse la función, basado en analogías con otras proteínas conocidas pero no basta especificar la estructura de la misma, también debe especificarse la cantidad y el momento de su síntesis.

• Esta especificación no reside en el simple código digital basado en la secuencia de bases en el ADN; el ADN debe ser reconocido por proteínas capaces de controlar la expresión de la información contenida en la secuencia de bases.

• Las proteínas son macromoléculas biológicas compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

• Las mismas están formadas por la unión de varios aminoácidos, unidos mediante enlaces peptídicos.

• Son esenciales para el crecimiento.• Proporcionan los aminoácidos esenciales fundamentales

para la síntesis de los tejidos.• Son materia prima para la formación de: hormonas,

proteínas plasmáticas, hemoglobina, vitaminas y enzimas.• Funcionan como amortiguadores, ayudando a mantener la

reacción de diversos medios como el plasma. reacción de diversos medios como el plasma. • Actúan como enzimas.• Actúan como transportador de oxígeno y dióxido de carbono

en sangre. (hemoglobina).• Actúan como defensa del organismo, los anticuerpos .• Actúan en el movimiento celular a través de la miosina y

actina (proteínas contráctiles musculares).

• Resistencia. El colágeno es la principal proteína integrante de los tejidos de sostén.

• El conocimiento de las estructuras atómicas de las proteínas permite abarcar nuevos estudios:

• Interpretación de los mecanismos de la función de proteínas individuales.

• Aproximación al problema del plegamiento proteico.• Aproximación al problema del plegamiento proteico.• Patrones de evolución molecular.• Predicción de estructuras de proteínas

relacionadas:• Modelado por homología.• Ingeniería de proteínas.• Diseño de drogas.

AMINOÁCIDOS

SECUENCIA DE SECUENCIA DE AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS

ÁTOMO DE CARBONO

SECUENCIA DE AMINOÁCIDOSSECUENCIA DE AMINOÁCIDOS

IDENTIFICACION R NIDENTIFICACION R N--TERMINALTERMINAL

CUADRO DE PROTEASAS ESPECIFICAS

REDUCCIÓN DE –S-S-

DETERMINACIÓN DE LA SECUENCIA DE AA DE UNA PROTEINA

• Conformaciones estéticamente prohibidas, son aquellas en las que cualquier distancia interatómica, fuera de la unión, es menor que su correspondiente distancia de van der distancia de van der Waals.

• Las conformaciones permitidas para los polipéptidos, están indicadas por el gráfico de Sasisekharan-Ramakrishnan-Ramachandran…

• Los valores de ángulos permitidos pueden determinarse calculando las distancias entre los átomos de un tripéptido para todos los valores de ángulos para la unidad peptídica central.

Diagrama de Ramachandran para poli-L-alanina

MOLÉCULA DE MOLÉCULA DE AGUAAGUA

INTERACCIÓN ENTRE LAS INTERACCIÓN ENTRE LAS BIOMOLÉCULAS EN AGUABIOMOLÉCULAS EN AGUA

• Existen cuatro tipos de interacciones NO covalentes (débiles).

• Hay además muchos puntos de interacción que generan un efecto acumulativo.generan un efecto acumulativo.

• Estas interacciones son cruciales para estructura macromolecular y función.

• Se genera una estructura más estable (NATIVA) que maximiza interacciones.

Factores que afectan la Factores que afectan la estabilidad de la α héliceestabilidad de la α hélice

• Tamaño R vecinos.• Repulsión electrostática R sucesivos.• Interacción electrostática entre residuos • Interacción electrostática entre residuos

espaciados (3/4).• Presencia Gly o Pro.• Interacción entre los residuos extremos

hélice con dipolos hélice.

INTERACCIONES DÉBILES INTERACCIONES DÉBILES NO COVALENTESNO COVALENTES

PROPIEDADES a/b DEL PROPIEDADES a/b DEL AGUAAGUA

• H2O + B HO- + BH+

• H2O + AH A- + H3O+

ISOMEROS DE PROLINAISOMEROS DE PROLINA

CADENA CADENA ββ PARALELLA Y PARALELLA Y ANTIPARALELAANTIPARALELA

GIRO GIRO ββ

• Secuencias de la cadena polipeptídica con estructura α o β a menudo están conectadas entre sí por medio de los llamados giros β

(color blanco). Son secuencias cortas, con una (color blanco). Son secuencias cortas, con una conformación característica que impone un brusco giro de 180oa la cadena principal de un polipéptido.

• AA como Asn, Gly y Pro (que se acomodan mal en estructuras de tipo α o β) aparecen con frecuencia en este tipo de estructura

Parámetros estructurales más comunes:

• Estructura Phi Psi n d p• Alfa hélice -57 -47 3.6 1.5 5.5• Beta paral. -119 +113 2.0 3.2 6.4• Beta anti. -139 +135 2.0 3.4 6.8

Phi y Psi son los ángulos conformacionales de la cadena principal, con Omega ~180°(conformación trans).Omega ~180°(conformación trans).

• n= número de residuos por vuelta

• d= desplazamiento entre los residuos sucesivos a lo largo del eje de la hélice

• p= distancia a lo largo del eje de la hélice para una vuelta completa

• p= n x d

ALGUNOS AA SE ALGUNOS AA SE ACOMODAN ACOMODAN MEJOR QUE MEJOR QUE OTROS EN LAS OTROS EN LAS DIFERENTES DIFERENTES ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS SECUNDARIASSECUNDARIAS

FRECUENCIA RELATIVA DE APARICIÓN DEAA EN ESTRUCTURAS SECUNDARIAS

• AÁ alfa-H lam.beta giro beta• Ala 1.29 0.90 0.78• Cys 1.11 0.74 0.80• Leu 1.30 1.02 0.59• Leu 1.30 1.02 0.59• Met 1.47 0.97 0.39• Glu 1.44 0.75 1.00• Gln 1.27 0.80 0.97• His 1.22 1.08 0.69• Lys 1.23 0.77 0.96• Val 0.91 1.49 0.47• Ile 0.97 1.45 0.51• Phe 1.07 1.32 0.58

• Aacido alfa-H lam.beta giro beta• Tyr 0.72 1.25 1.05• Trp 0.99 1.14 0.75• Thr 0.82 1.21 1.03• Gly 0.56 0.92 1.64• Gly 0.56 0.92 1.64• Ser 0.82 0.95 1.33• Asp 1.04 0.72 1.41• Asn 0.90 0.76 1.28• Pro 0.52 0.64 1.91• Arg 0.96 0.99 0.88

Distribucion de amino acidos en proteinas de membrana y

globulares.

PROTEINAS FIBROSASPROTEINAS FIBROSAS

• Estructuras más sencillas, generalmente formadas por un solo tipo de estructura secundaria.secundaria.

• Cadenas organizadas en largos filamentos o laminas

• Insolubles en agua (alto contenido de R hidrofóbicos)

• FUNCIÓN ESTRUCTURAL

RELACION ESTRUCTURA RELACION ESTRUCTURA FUNCIÓNFUNCIÓNFUNCIÓNFUNCIÓN

α QUERATINA

FIBROÍNAFIBROÍNA

COLÁGENO

PROTEINAS PROTEINAS GLOBULARESGLOBULARES

• Existen varios tipos de estructura secundaria en la misma molécula.

• Las cadenas plegadas van adoptando una forma esférica o globular.una forma esférica o globular.

• Tienen la capacidad de disolverse en agua.

• Forman la mayoría de las enzimas y proteínas reguladoras

• DIVERSIDAD FUNCIONAL

CANTIDADES APROXIMADAS DE A HELICE Y B CONFORMACIÓN

EN ALGUNAS CADENAS PROTEICAS

TÉRMINOS COMUNES TÉRMINOS COMUNES UTILIZADOSUTILIZADOS• -Subunidad

• -Región

• -Residuo

• -Molécula

• -Dominio

• Los residuos monoméricos individuales que forman las proteínas son los aminoácidos y poseen una estructura atómica conocida.

• Puede definirse la identidad de aminoácido.• Puede definirse la identidad de aminoácido.

• La configuración de un residuo monomérico es su estructura atómica, incluyendo la estereoquímica conocida de sus centros asimétricos.

• La conformación es una descripción más completa e incluye lo que se conoce acerca de las orientaciones preferidas de los grupos, capaces de movimiento por rotación interna.

• Región zonas específicas de la cadena polipeptídica• Región zonas específicas de la cadena polipeptídica• Dominio pueden presentarse en todas las proteínas,

corresponden a subconjuntos de la estructura terciaria. Una estructura terciaria puede estar compuesta por uno o por varios dominios.

• Subunidad Cada cadena de aminoácidos que forma parte de una proteína.

PROTEÍNA NATIVAPROTEÍNA NATIVA

• Maximiza la cantidad de uniones puente H. Esconde residuos hidrofóbicos en el interior de la proteína.

•• 1. PROTEÍNAS DE TRANSPORTE1. PROTEÍNAS DE TRANSPORTE

• Están en la sangre y su función es transportar moléculas específicas de un órgano a otro. moléculas específicas de un órgano a otro.

• Ej. la hemoglobina, se combina con el oxígeno y al pasar la sangre a través de los pulmones, lo transporta a los tejidos periféricos.

• La talasemia, una enfermedad genética, causada por un defecto genético en la estructura de esta proteína.

2. PROTEÍNAS ALIMENTICIAS Y DE RESERVA2. PROTEÍNAS ALIMENTICIAS Y DE RESERVAOvoalbúmina, la albúmina de huevo sirve para el desarrollo del embrión de las aves.Caseína está presente en la leche (3% de su peso) con un gran valor nutritivo para los peso) con un gran valor nutritivo para los mamíferos.

3. PROTEÍNAS PARA EL MOVIMIENTO3. PROTEÍNAS PARA EL MOVIMIENTOLa actina y la miosina son proteínas filamentosas que están en las células musculares esqueléticas permitiendo su contracción y el movimiento.

4. PROTEÍNAS ESTRUCTURALES4. PROTEÍNAS ESTRUCTURALESProteínas que sirven de soporte a la estructura

de los organismos. • El colágeno, proteína con una gran

capacidad elástica, presente en tejidos talescapacidad elástica, presente en tejidos talescomo los tendones, los cartílagos y la dermis.

• La elastina, se encuentra en los ligamentos. • Las plumas de las aves, las uñas, las pezuñas

y los cabellos están constituidos en su mayor parte por queratina, una proteína muy resistente e insoluble en agua.

5. PROTEÍNAS DE DEFENSA5. PROTEÍNAS DE DEFENSA

• Su función consiste en proteger al organismo de daños eventuales. organismo de daños eventuales.

• Los linfocitos de los vertebrados producen anticuerpos, proteínas altamente especializadas, capaces de reconocer y destruir los agentes patógenos externos, tales como virus y bacterias.

• El fibrinógeno y la trombina son, en cambio, proteínas que regulan la coagulación e impiden una copiosa pérdida de sangre cuando se lesiona el pérdida de sangre cuando se lesiona el sistema vascular.

• También las proteínas tóxicas, como la bungarotoxina del veneno de cobra, tienen una función defensiva.

6. ENZIMAS6. ENZIMAS• Son proteínas muy diversas, su función es de

catalizador de las reacciones químicas que tienen lugar en la célula.

• Existen miles de enzimas, cada una de las cuales • Existen miles de enzimas, cada una de las cuales es capaz de catalizar una reacción química distinta.

• Sin las enzimas, las reacciones transcurrirían en tiempos excesivamente largos, incompatibles con la vida celular.

• Hay enzimas que catalizan la síntesis de las proteínas (las sintetasas) y otras que causan su degradación (proteasas).